Устройство для отбортовки отверстия

Полезная модель относиться к области обработки металлов давлением, а именно к холодной штамповке заготовок из листа, и может быть использовано для увеличения высоты борта при изготовлении деталей с цилиндрическим бортом. Устройство для отбортовки содержит цилиндрический пуансон с участком радиусного скругления к плоскому торцу, матрицу, прижим и нижний прижим, при этом диаметр плоского торца пуансона выполнен с размером, определяемым по зависимости: где d₀ - диаметра отверстия в заготовке, [К_om] - придельное значение коэффициента отбортовки (меньше единицы), нижний прижим имеет зону радиусного скругления, охватывающую радиусное скругление пуансона, с величиной радиуса, равным R=R_n+S₀ где R_n - радиус пуансона, a S ₀ - толщина заготовки. Центр кривизны радиусной зоны прижима смещен относительно центра радиусного скругления пуансона в горизонтальном направлении от оси штампа на расстояние, величина которого определяется по зависимости: где d - диаметр борта детали, а d₀ - исходный диаметр отверстия в заготовке, k=1,05..1,15 - коэффициент, характеризующий увеличение пластичности материала на кромке деформируемого отверстия в результате приложения к ней дополнительных сжимающих напряжений. Илл.3

Полезная модель относиться к области обработки металлов давлением, а именно к холодной штамповке заготовок из листа, и может быть использовано при изготовлении полых деталей с высоким бортом.

Известна конструкция оснастки для отбортовки, в которой заготовка с отверстием предварительно полностью отбортовывается, а затем осуществляют выворот борта, воздействуя одновременно на торец борта и кольцевую часть заготовки, примыкающую к борту заготовки (АС 1817720, МПК В 21 D 22/00, опубл. 1993.05.23). Создание осевого и радиального сжимающих напряжений на торец отбортовываемой заготовки повышает пластичность металла и позволяет увеличивать высоту борта по сравнению с обычной отбортовкой.

Недостатком данной оснастки является ее сложность. При реализации данного способа на прессах штамповая оснастка сильно усложняется из-за необходимости обеспечения требуемых перемещений независимых элементов штампа в процессе деформирования.

Наиболее близким по технической сути к заявляемой конструкции, которая принята за прототип, является конструкция оснастки, которая состоит из отбортовочного пуансона, имеющего зону радиусного скругления, плоского прижима, отбортовочной матрицы и нижнего прижима, расположенного под отбортовочным пуансоном (АС №275986, МПК B 21 d 19/06, опубл. 1970.01.01). Для увеличения допустимой степени деформации, на кромке отверстия с помощью нижнего прижима и отбортовочного пуансона создают сжимающие напряжения, параллельные оси штампа. В результате сжатия кромки отверстия между коническими поверхностями нижнего прижима и отбортовочного пуансона, в последней возникают

сжимающие напряжения, повышающие пластичность металла, что повышает предельные возможности процесса.

Недостатком конструкции является то, что при изготовлении цилиндрического борта, на заключительном этапе процесса деформирования, заготовка выходит из контакта с нижним прижимом. Нижний прижим перестает создавать сжимающие напряжения на кромке. В результате этого в ней опять изменяется схема напряженного состояния на одноосное растяжение. Поскольку к этому моменту пластичность металла уже исчерпана (величина коэффициента отбортовки превышает предельное значение), то на кромке отверстия происходит разрушении заготовки.

Кроме этого, прикладывая сжимающие напряжения с самого начала процесса отбортовки, возрастают радиальные напряжения в зоне радиусного скругления отбортовочного пуансона и разрушение заготовки начинает происходить в виде отрыва дна (подобно процессу вытяжки). Это не позволяет достичь больших степеней деформации по процессу в целом. В начальный момент деформирования заготовки силы трения от нижнего прижима вредны.

Задачей изобретения является повышение предельного коэффициента отбортовки при относительной простоте конструкции штамповой оснастки.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для отбортовки, содержащем цилиндрический пуансон с участком радиусного скругления к плоскому торцу, матрицу, прижим и нижний прижим, диаметр плоского торца пуансона выполнен с величиной, определяемой по зависимости:

где d₀ - диаметра отверстия в заготовке, [К_om] - предельное значение коэффициента отбортовки, нижний прижим имеет зону радиусного скругления, охватывающую радиусное скругление пуансона, с величиной радиуса, равным

R=R_n+S _0,

где R_n - радиус пуансона, a S₀ - толщина заготовки, при этом центр кривизны радиусной зоны нижнего прижима смещен относительно центра радиусного скругления пуансона в горизонтальном направлении от оси штампа на расстояние, величина которого определяется по зависимости:

где d - диаметр борта детали, a d₀ - исходный диаметр отверстия в заготовке, k=1.05-1.10 - коэффициент, характеризующий увеличение пластичности материала на кромке деформируемого отверстия в результате приложения к ней дополнительных сжимающих напряжений.

Заявляемое устройство поясняется чертежом, где на фигуре 1 показано устройство в исходном положении, на фигуре 2 показано положение устройства в момент, когда нижний прижим воздействует на кромку отбортовываемого отверстия, создавая на ней сжимающие напряжения. На фигуре 3 показано устройство на заключительной стадии процесса отбортовки.

Устройство состоит из пуансона 1, имеющего радиусное скругление от цилиндрической стенки к плоскому торцу, прижима 2, который прижимает заготовку 3 к матрице 4. Под отбортовочным пуансоном расположен нижний прижим 5, имеющий зону радиусного скругления, охватывающую зону скругления пуансона для отбортовки 1.

Устройство работает следующим образом.

Заготовка 1, имеющая отверстие с диаметром d_o устанавливается на матрицу 4 и прижимается к ней прижимом 2. После этого начинается рабочий ход пуансона 1. Пуансон имеет плоский торец с величиной диаметра, равным d. При рабочем ходе пуансона начинается

формообразование борта с увеличением диаметра отбортовываемого отверстия. Процесс осуществляется как обычная отбортовка. Величина диаметра плоского торца пуансона определяется по зависимости

где d₀ - диаметра отверстия в заготовке, [k_om] - предельное значение коэффициента отбортовки.

Наличие коэффициента (0,8-0,9) можно рассматривать как коэффициент запаса, который предохраняет заготовку от разрушения в процессе отбортовки, пока еще нижний прижим не воздействует на кромку отбортовываемого отверстия. Величина предельного коэффициента отбортовки определяется по справочной литературе (например, Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. - Л. Машиностроение, 1979, стр.221, таблица 111).

При дальнейшем рабочем ходе пуансона 1, когда диаметр отбортовываемого отверстия увеличился до величины d (исчерпаны возможности металла при простой отбортовке), на кромке заготовки для дальнейшего деформирования необходимо создавать сжимающие напряжения. Эти напряжения создаются в результате того, что кромка заготовки сжимается между пуансоном 1 и нижним прижимом 5.

То есть, при достижении диаметром отверстия величины, близкой к наибольшему размеру, который можно получить при отбортовке отверстия без участия в процессе деформирования нижнего прижима, осуществляется сжатие кромки заготовки между пуансоном и нижним прижимом. При этом все усилие прижима сконцентрировано на небольшом участке вблизи кромки отверстия, что позволяет изменить схему напряженного состояния кромки заготовки с линейного растяжения на плоскую разноименную схему, без избыточного деформирования материала, и с минимальным усилием деформирования.

Наличие сжимающего напряжения на кромке увеличивает пластичность металла, позволяет увеличить предельную деформацию за переход и изготовить борт увеличенной высоты.

Для того, чтобы обеспечить воздействие нижнего прижима и пуансона на кромку заготовки в процессе всего последующего процесса деформирования заготовки, нижний прижим выполнен с зоной радиусного закругления, охватывающей зону радиусного скругления пуансона для отбортовки.

В ходе дальнейшего осуществления процесса кромка отверстия заготовки находясь под давлением сосредоточенном на небольшом участке, приложенным со стороны пуансона, перемещается между пуансоном и нижним прижимом до момента полного формообразования, который наступает, когда кромка отверстия заготовки перемещается на цилиндрический участок пуансона.

В тот момент, когда кромка заготовки переместится на цилиндрический участок пуансона, деформация растяжения на кромке прекращается, и следовательно, разрушения заготовки уже не произойдет.

Для того, чтобы сжимающие напряжения образовывались лишь на кромке отбортовываемого отверстия, а не по всему очагу деформации, форма инструмента должна обеспенчивать сжатие заготовки лишь по кромке. Для этого центры кривизны зон радиусного скругления отбортовочного пуансона и нижнего прижима выполнены со смещением в горизонтальном направлении от оси штампа на величину

где d - диаметр борта детали, a d₀ - исходный диаметр отверстия в заготовке, k=1,05..1,15 - коэффициент, характеризующий увеличение пластичности материала на кромке деформируемого отверстия в результате приложения к ней дополнительных сжимающих напряжений.

Устройство для отбортовки отверстия, содержащее плоский прижим, матрицу, отбортовочный пуансон с радиусным скруглением перехода к плоскому торцу и нижний прижим, расположенный под отбортовочным пуансоном, отличающееся тем, что плоский торец пуансона выполнен с диаметром, равным величине d:

где d₀ - диаметр отверстия в исходной заготовке, [К_om] - предельный коэффициент отбортовки, нижний прижим имеет зону радиусного скруглениия, охватывающую радиусное скругление пуансона, с величиной радиуса R, равным:

R=R_n+S _0,

где R_n - радиус скругления пуансона, a S₀ - толщина исходной заготовки из листа;

при этом центр кривизны радиуса зоны скругления прижима смещен относительно центра радиусного скругления пуансона в горизонтальном направлении, от оси штампа, на расстояние, величина которого определяется по зависимости:

где d - диаметр борта детали, a d₀ - исходный диаметр отверстия в заготовке, k=1,05-1,10 - коэффициент, характеризующий увеличение пластичности материала на кромке деформируемого отверстия в результате приложения к ней дополнительных сжимающих напряжений.